VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ - core.ac.uk · dokumentace v programech Autodesk Inventor...

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚBRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍFACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING

ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍINSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING

PORTÁLOVÝ JEŘÁBGANTRY CRANE

BAKALÁŘSKÁ PRÁCEBACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCEAUTHOR

Boleslav Kriegler

VEDOUCÍ PRÁCESUPERVISOR

Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D.

BRNO 2016

Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně / Technická 2896/2 / 616 69 / Brno

Zadání bakalářské práceÚstav: Ústav automobilního a dopravního inženýrství

Student: Boleslav Kriegler

Studijní program: Strojírenství

Studijní obor: Stavba strojů a zařízení

Vedoucí práce: Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D.

Akademický rok: 2015/16 Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijníma zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce:

Portálový jeřáb

Stručná charakteristika problematiky úkolu:

Vypracujte konstrukční návrh nosného rámu portálového jeřábu pro manipulaci s loděmi.

Cíle bakalářské práce:

Vypracujte technickou zprávu obsahující zejména:- konstrukční návrh nosného rámu jeřábu- základní pevnostní výpočtyVypracujte základní výkresovou dokumentaci rámu.

Seznam literatury:

Feyrer K.: Drahtseile, ed. Springer, Berlin, 2000, s. 468, ISBN-10: 3-540-67829-8, ISBN-13: 978---540-67829-8

Hoffmann, K., Krenn, E., Tanker, G.: Fördertechnik 1, ed. Oldenbourg Industrieverla, 2005, s. 240,ISBN-10: 3-8356-3059-8, ISBN-13: 978-3-8356-3059-8

JURÁŠEK, O.: Teorie nosných konstrukcí, skripta VUT v Brně, 1989

REMTA, F., KUPKA, L., DRAŽAN, F.: Jeřáby, 2., přeprac. a dopln. vyd., SNTL Praha, 1975

Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně / Technická 2896/2 / 616 69 / Brno

Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2015/16

V Brně, dne

L. S.

prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.

ředitel ústavu

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.děkan fakulty

BRNO 2016

ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA

ABSTRAKT

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem konstrukce a konstrukčním řešením portálového

jeřábu, který je stanovený pro manipulaci s loděmi v přístavech. V práci jsou popsané

výpočty zatížení, jež na něj působí, či kontrola jednotlivých částí. Výstupem je přiložená

výkresová dokumentace.

KLÍČOVÁ SLOVA

portálový jeřáb, skříňový nosník, svařovaná konstrukce, nosnost, pevnostní výpočty, loď,

prutový model

ABSTRACT

The work is focusing on design and actual construction of gantry crane, which is constructed

for manipulation with ships in ports. The work describes calculation of powers that are put

on the crane or describes control of its parts. As an output of the work is considered drawing

documentation.

KEYWORDS

gantry crane, box beam, welded construction, capacity, strength calculations, ship, beam

model

BRNO 2016

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

KRIEGLER, B. Portálový jeřáb. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního

inženýrství, 2016. 62 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D.

BRNO 2016

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením

Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D. a s použitím literatury uvedené v seznamu.

V Brně dne 27. května 2016 …….……..…………………………………………..

Boleslav Kriegler

BRNO 2016

PODĚKOVÁNÍ

PODĚKOVÁNÍ

Tímto bych chtěl poděkovat mému vedoucímu práce panu Ing. Přemyslu Pokornému, Ph.D

za ochotu, čas, trpělivost a cenné rady při zpracování této bakalářské práce. Děkuji také

Ing. Ondřeji Krňávkovi za pomoc a cenné informace týkající se programu SCIA Enginner a

rodině za podporu během studia.

BRNO 2016

8

OBSAH

OBSAH

Úvod ......................................................................................................................................... 10

1 Zadání a cíle práce ............................................................................................................ 11

1.1 Zadání práce ............................................................................................................... 11

1.2 Cíle práce ................................................................................................................... 11

1.3 Popis pracoviště ......................................................................................................... 11

2 Portálové a poloportálové jeřáby ...................................................................................... 12

2.1 Portálové jeřáby ......................................................................................................... 12

3 Základní části portálového jeřábu..................................................................................... 16

4 Určení druhu provozu, dynamických účinků a zatížení jeřábu ........................................ 18

4.1 Zjištění druhu provozu jeřábu .................................................................................... 18

4.1.1 Počet cyklů za rok............................................................................................... 18

4.1.2 Poměrné zatížení................................................................................................. 18

4.1.3 Pracovní rychlosti ............................................................................................... 19

4.1.4 Srovnávací čísla .................................................................................................. 19

4.2 Dynamické účinky ..................................................................................................... 20

4.2.1 účinky při zdvihání a gravitační účinky působící na hmotnost jeřábu ............... 20

4.2.2 Setrvačné a gravitační účinky působící svisle na břemeno zdvihu .................... 21

4.2.3 náhlé uvolnění části břemena zdvihu ................................................................. 21

4.2.4 Součinitel zatížení způsobená pojezdem po nerovném povrchu ........................ 22

4.2.5 zatížení způsobená zrychlením pohonů .............................................................. 22

4.2.6 součinitel zatížení při zkouškách ........................................................................ 22

4.2.7 součinitel způsobený silami na nárazníky .......................................................... 22

4.2.8 Přehled dynamických součinitelů ....................................................................... 23

4.3 Výpočet zatížení působících na jeřáb ........................................................................ 23

4.3.1 Zatížení od hmotnosti jeřábu .............................................................................. 23

4.3.2 Zatížení od hmotnosti břemene .......................................................................... 24

4.3.3 Zatížení od hmotnosti jeřábu a břemene............................................................. 24

4.3.4 Zatížení od zrychlení zdvihového pohonu.......................................................... 24

4.3.5 Zatížení způsobená větrem za provozu .............................................................. 24

4.3.6 Zatížení při zdvihání volně ležícího břemena při použití maximální rychlosti

zdvihu ............................................................................................................................ 25

4.3.7 Zatížení větrem způsobená mimo provoz ........................................................... 25

4.3.8 Zatížení sněhem a námrazou .............................................................................. 26

4.3.9 zatížení při zkouškách ........................................................................................ 27

4.3.10 Zatížení způsobená nouzovým zastavením ........................................................ 27

BRNO 2016

9

OBSAH

4.4 Přehled zatížení .......................................................................................................... 29

4.5 Kombinace zatížení .................................................................................................... 30

5 Návrh konstrukce jeřábu ................................................................................................... 31

5.1 Konstrukční řešení ..................................................................................................... 31

5.1.1 Vložení konstrukce do programu SCIA Enginner .............................................. 32

5.1.2 Zatížení konstrukce............................................................................................. 34

5.2 Výběr materiálu ......................................................................................................... 37

5.3 Rozměry a kontrola jednotlivých nosníků ................................................................. 37

5.3.1 Spodní nosník 2 .................................................................................................. 38

5.3.2 Přední vertikální nosník 3 ................................................................................... 41

5.3.3 Zadní vertikální nosník 4 .................................................................................... 43

5.3.4 Hlavní nosník 5 ................................................................................................... 46

5.3.5 L nosník 6 ........................................................................................................... 48

5.3.6 Spojovací nosník 7 ............................................................................................. 49

5.3.7 Závěs 8 ................................................................................................................ 51

5.4 Koncepční návrh spojů .............................................................................................. 52

5.4.1 Šroubové spoje ................................................................................................... 52

5.4.2 Svařování ............................................................................................................ 52

Závěr ......................................................................................................................................... 53

Seznam použitých zkratek a symbolů ...................................................................................... 55

Seznam příloh ........................................................................................................................... 58

BRNO 2016

10

ÚVOD

ÚVOD V dnešní době, která je velmi rychlá a každá minuta hraje svou roli, je třeba využít všechny

dostupné prostředky k tomu, aby nedocházelo k časovým ztrátám a vše na sekundu klapalo.

Sklady plné materiálů, výrobní haly, přístavy, to vše přispívá k velkému vývoji a rozmachu

manipulačních zařízení. Pro neustálý tok materiálu je zapotřebí různých dopravních prostředků

k přepravě, jako jsou například automobilní, vlaková, lodní nebo třeba letecká doprava

eventuálně logistické stroje či dopravníky ve výrobních halách. Pro krátké časy manipulace

s materiálem je důležité mít efektivní pomůcky. Neodmyslitelnou roli při tom hrají jeřáby.

Využívání v různých prostředích a k odlišné práci vede k vývoji různých druhů jeřábů určených

pro manipulaci. Ve stavitelství, skladech, přístavech atd. můžeme dnes vidět spoustu jeřábů

rozličných velikostí a tvarů.

V této bakalářské práci je zpracován návrh konstrukce portálového jeřábu. Jeřábu, jehož

primárním cílem je manipulace lodí v přístavech a docích. Svojí konstrukcí umožňuje práci

ze širokou škálou plavidel. Podle norem provedeny základní výpočty a vytvořena konstrukce,

jejíž návrh probíhal v programu SCIA Enginner.

BRNO 2016

11

ZADÁNÍ A CÍLE PRÁCE

1 ZADÁNÍ A CÍLE PRÁCE

1.1 ZADÁNÍ PRÁCE

Vypracujte konstrukční návrh nosného ránu portálového jeřábu pro manipulaci s loděmi.

Požadované technické parametry jeřábu:

- Nosnost: 400 t

- Výška jeřábu: 10 m

- Pracovní šířka jeřábu: 10 m

- Pracovní délka jeřábu: 15 m

1.2 CÍLE PRÁCE

Vypracujte technickou zprávu obsahující zejména:

- konstrukční návrh nosného rámu jeřábu

- základní pevnostní výpočty

Vypracujte základní výkresovou dokumentaci rámu.

Výpočet konstrukce jeřábu probíhá v programu SCIA Engineer 15.2.140 a výkresová

dokumentace v programech Autodesk Inventor Professional 2016 a AutoCAD Mechanical

2016.

1.3 POPIS PRACOVIŠTĚ

Tento druh portálových jeřábů se používá v přístavech a loděnicích pro vyzvednutí lodí z vody.

Toho se využívá například při opravě lodí na suchu.

Pracoviště je v tom případě ve vlhkém prostředí u moře nebo u řek. To znamená, že jeřáb je

mimo jiné namáhán nepříznivými vlivy okolí a musí být také odolný proti korozi. Z čehož se

usuzuje konečná povrchová úprava materiálu.

BRNO 2016

12

PORTÁLOVÉ A POLOPORTÁLOVÉ JEŘÁBY

2 PORTÁLOVÉ A POLOPORTÁLOVÉ JEŘÁBY Jeřáb je stojní zařízení sloužící ke zvedání a přemisťování břemen zpravidla za pomocí kladnice

a háku s lanem.

Základní rozdělení jeřábů

Dle tvaru

Druh jeřábu určuje zejména jeho nosná konstrukce, která udává zpravidla i jeho celkový

tvar. Podle toho rozeznáváme:

a) Sloupové a věžové jeřáby

b) Plovoucí jeřáby

c) Mostové jeřáby

d) Portálové a poloportálové jeřáby

e) Konzolové jeřáby

f) Kolejové a silniční jeřáby

g) Lanové jeřáby

Dle druhu pohonu

Pohon určuje charakter jeřábu. Může být elektrický, se spalovacím motorem,

hydraulický, pneumatický, ruční.

Dle druhu pohybu – otočné, pojízdné, pojízdné otočné, plovoucí, zvláštní

Dle druhu práce a místa použití

2.1 PORTÁLOVÉ JEŘÁBY

Jeřáby tohoto typu jsou schopné pojezdu na kolech po jeřábových dráhách, kolejnicích, ploše

dráhy nebo bez kol namontovaný v jedné poloze. Mají minimálně jeden vodorovný nosník

podepřený minimálně jednou nohou a jsou vybaveny minimálně jedním zdvihovým

mechanismem [1].

Portálový jeřáb pro zvedání a přesouvání lodí v přístavech a docích

Je spousta možností jak tento jeřáb zkonstruovat. Většinou záleží hlavně na nosnosti, kterou má

mít. Dalšími nezanedbatelnými parametry jsou ale i velikosti a druh lodí, pro který má být jeřáb

stanovený. Určení druhu pojezdu udává, zda se bude jeřáb pohybovat po vymezeném prostoru,

což jsou třeba kolejnice, nebo bude mít pryžová kola, a tak bude více mobilní. Následně je

důležité přímo určit pracovní plochu.

BRNO 2016

13


Na následujících příkladech je ukázáno, jakými druhy konstrukce mohou tyto jeřáby být.

Sloupový jeřáb s vodorovným výložníkem je jedna z možností konstrukce jeřábu

pro manipulaci s loděmi. Tyto jeřáby však nemají takové nosnosti jako portálové. Tyto jeřáby

nejsou schopny přenášet velká zatížení, jejich pracovní plocha je omezená a celkově nesplňují

zadání. Takový sloupový jeřáb je řešen v bakalářské práci pana Jaroslava Jandáčka [2].

Obr. 1 Portálový jeřáb v doku 1 [3]

Další možností jsou velké portálové jeřáby v přístavech. Mají většinou velký výložník, takže

jsou schopné takový prostor obsluhovat. Používají se ale převážně k nakládání a vykládání lodí.

Konstrukce je zbytečně veliká tudíž se pro tuto práci nehodí.

Obr. 2 Portálový jeřáb v přístavních terminálech [4]

BRNO 2016

14


Na obr. 3 je portálový jeřáb se širší škálou pracovních možností. Je určený pro stavbu lodí

v doku nebo jejich rozmontování na šrotištích. Tyto jeřáby se pohybují na kolovém podvozku

a pojíždějí po kolejnicích. Jsou tak schopny pokrýt celou pracovní plochu. Jejich nosnost je

několik set tun, výška a šířka desítky metrů.

Obr. 3 Portálový jeřáb v doku 2 [5]

Na obr. 4 je jeřáb od firmy SHUTTLELIFT. Tento jeřáb už více splňuje parametry jeřábu

řešeného v této BP. Je ve tvaru U, takže může nadjet nad břemeno a zvednout ho.

Je na pryžových kolech, takže je více mobilní. Má však jiný mechanismus zdvihu a je určený

spíše k přepravě dlouhých profilů ve skladištích.

Obr. 4 Portálový jeřáb firmy SHUTTLELIFT [6]

BRNO 2016

15


Jednoznačně nejvhodnější konstrukci má jeřáb na obr. 5. Je také velmi mobilní. Tvar konstrukce

umožňuje zvedat břemena, pro tento případ převážně lodě různých rozměrů. Náklady mohou

být dlouhé nebo vysoké (plachetnice či lodě s vysokými stěžni). Uložení na pryžovém

podvozku dovoluje jízdu po nerovném povrchu. Celková koncepce pojezdu umožňuje jeřábu

téměř libovolný pohyb (třeba otočení na místě).

Obr. 5 Portálový jeřáb firmy CIMOLAI [7]

BRNO 2016

16

ZÁKLADNÍ ČÁSTI PORTÁLOVÉHO JEŘÁBU

3 ZÁKLADNÍ ČÁSTI PORTÁLOVÉHO JEŘÁBU

Konstrukce

Jeřáby tohoto typu mívají většinou dle druhu použití stejnou konstrukci. Podobná konstrukce

je volena i v této BP a je řešena v kapitole číslo 5.

Zvedací ústrojí

Tato část portálového jeřábu je řešena v bakalářské práci pana Jana Švédy [1].

Pojezdové ústrojí

Z důvodu flexibility umísťování břemene bývá volen pojezd na pneumatickém podvozku

s elektromotory. U větších jeřábů tohoto typu bývá s rámem spojen přes pevný čep a každá

jednotlivá část tvoří vahadlo s dvěma páry kol, z nichž je každé samostatně otočné.

ČSN EN 15011 Součástí tohoto ústrojí jsou i brzdící systémy pojezdových pohonů. Všechny

pohyby se strojním pohonem musí být stále ovládány brzdicím systémem. Brzdicí systémy

musí být takové, aby pohyby mohly být zpomaleny, drženy proti pohybu a aby se zabránilo

nežádoucím pohybům. Systém musí být schopny uvést plně zatížený jeřáb do klidu z nejvyšší

rychlosti kteréhokoliv pohybu, které se může dosáhnout.

Obr. 6 Konstrukční řešení pojezdu firmy CIMOLAI [7]

BRNO 2016

17

ZÁKLADNÍ ČÁSTI PORTÁLOVÉHO JEŘÁBU

Pohony - Elektro generátor, hydrogenerátor

Jelikož přesná dráha jeřábu není blíže specifikována, není možné užít pro přívod elektrické

energie pro pohánění motorů zdvihových i pojezdových jakékoliv vedení elektřiny, jako jsou

například troleje. Další možností je použití elektrických baterií, ale to v tomto případě postrádá

efekt, protože se u jeřábu nepředpokládá každodenní užívání. Pro jeřáby tohoto typu se

pro dodávání elektrické energie využívá elektrogenerátor na plynná nebo kapalná paliva. Ten je

i s nádrží zavěšen na jednom ze spodních nosníků a pomocí kabelů rozveden k jednotlivým

spotřebičům. Všechny pohony musí vyhovovat požadavkům EN 13 135.

Pohony jsou umístěny pod spodním nosníkem na jedné straně jeřábu, uzavřeny ve skříňové

konstrukci a přišroubované ke skříňovému nosníku jak je patrné na obr. 1.

Ovládání

Takové portálové jeřáby mají obvykle dálkovou ovládací jednotku, přesněji bezdrátovou

ovládací jednotku. Tu má obsluha u sebe, což jí umožňuje ovládat jeřáb z různých pozic. Tím

získá větší přehled o prostoru, ve kterém se pohybuje a usnadňuje to manipulaci. Navíc také

odpadne potřeba kabiny a přístupových částí.

Obr. 7 Příklad bezdrátové ovládací jednotky pro průmyslové jeřáby [8]

BRNO 2016

18

URČENÍ DRUHU PROVOZU, DYNAMICKÝCH ÚČINKŮ A ZATÍŽENÍ JEŘÁBU

4 URČENÍ DRUHU PROVOZU, DYNAMICKÝCH ÚČINKŮ

A ZATÍŽENÍ JEŘÁBU

4.1 ZJIŠTĚNÍ DRUHU PROVOZU JEŘÁBU

Podle provozních podmínek, ve kterých jeřáb pracuje, rozeznáváme 4 druhy provozu:

Lehké

Střední

Těžké

Velmi těžký

Kritériem pro posouzení druhu provozu jsou tři provozní činitelé:

Počet cyklů za rok

Poměrné zatížení

Dynamické účinky

V následujících čtyřech podkapitolách byly použity výpočty podle [9].

4.1.1 POČET CYKLŮ ZA ROK

Podle druhu jeřábu, jeho velikosti, nosnosti a druhu provozu se bude počet cyklů pouze

odhadovat.

Počet pracovních cyklů za jeden rok: Tr < 20 000 (1)

4.1.2 POMĚRNÉ ZATÍŽENÍ

Poměrné zatížení q je poměr průměrného zatížení mechanismu k celkovému zatížení

při jmenovitém břemeni, vyjádřený v procentech.

Vhledem k velikosti a nosnosti jeřábu lze usuzovat, že má možnost zvedat širokou škálu

plavidel. Předpokládá se tedy, že poměrné zatížení nebude rovno maximálnímu (maximální

hmotnosti břemene).

Poměrné zatížení není součástí zadání, tudíž je voleno zatížení 70 %.

q = 70 % (2)

BRNO 2016

19


4.1.3 PRACOVNÍ RYCHLOSTI

Podle velikosti a složitosti konstrukce, nosnosti, druhu provozu a počtu pracovních cyklů za rok

se uvažuje nejmenší třída pracovních rychlostí.

vh ≤ 8 m/min (3)

vp ≤ 50 m/min (4)

kde je:

vh [m·min-1] rychlost zdvihu

vp [m·min-1] rychlost pojezdu

4.1.4 SROVNÁVACÍ ČÍSLA

Každý provozní činitel je hodnocen třemi stupni, jimž přísluší srovnávací čísla 1, 2, 3 podle

tab. 1.

Tab. 1 Určení srovnávacích čísel

Počet pracovních

cyklů za rok Tr

Srovnávací

číslo

Poměrné

zatížení q (%)

Srovnávací

číslo

Pracovní rychlosti (m/min)

zdvihací pojížděcí

Srovnávací

číslo

do 20 000 1 do 30 1 do 8 do 50 1

20 000

až 50 000 2 30 až 60 2 8 až 25 50 až 100 2

přes 50 000 3 přes 60 3 přes 25 přes 100 3

Určení druhu provozu se provádí na základě součtu všech srovnávacích čísel (tab. 1).

Zvýrazněná čísla v tab. 1 jsou srovnávací čísla, která vychází pro tento jeřáb.

Součet s. č. = 1 + 3 + 1 = 5 (5)

Tab. 2 Určení druhu provozu

Součet srovnávacích

čísel Druh provozu

3 nebo 4 lehký

5 nebo 6 střední

7 nebo 8 těžký

9 nebo 10 velmi těžký

Ze součtu srovnávacích čísel vyplývá (viz tab. 2), že se jedná o střední druh provozu.

BRNO 2016

20


4.2 DYNAMICKÉ ÚČINKY

Zatížení působící na jeřáb se dělí do tří kategorií na pravidelná, občasná a výjimečná. Výpočet

se volí dle [10].

Pravidelná zatížení

Vyskytují se často za běžného provozu.

a) účinky při zdvihání a gravitační účinky působící na hmotnost jeřábu

b) setrvačné a gravitační účinky působící svisle na břemeno zdvihu

c) zatížení způsobená pojezdem po nerovném povrchu

d) zatížení způsobená zrychlením všech pohonů jeřábu

e) zatížení způsobená přetvořením / přemístěním

Občasná zatížení

Vyskytují se méně často. Při výpočtu na únavu jsou obvykle zanedbána.

a) zatížení způsobená větrem za provozu

b) zatížení sněhem a námrazou

c) zatížení způsobená změnami teploty

d) zatížení způsobená příčením

Výjimečná zatížení

Vyskytují se rovněž občas a při výpočtu ne únavu jsou také obvykle vyloučena.

a) zatížení způsobená zdviháním ležícího břemena za výjimečných okolností

b) zatížení způsobená větrem mimo provoz

c) zatížení při zkouškách

d) zatížení způsobená silami na nárazníky

e) zatížení způsobená klopícími silami

f) zatížení způsobená nouzovým zastavením

g) zatížení způsobená selháním mechanismů nebo částí

h) zatížení způsobená vnějším dynamickým buzením základů jeřábu

i) zatížení způsobená při montáži a demontáži

4.2.1 ÚČINKY PŘI ZDVIHÁNÍ A GRAVITAČNÍ ÚČINKY PŮSOBÍCÍ NA HMOTNOST JEŘÁBU

Při zdvihu břemena ze země, při uvolnění břemena nebo částí se musí zohlednit účinky

vybuzení kmitání konstrukce jeřábu. Hmotnost jeřábu nebo časti jeřábu třídy MDC1

se vynásobí součinitelem

U jeřábu nebo jeho částí třídy MDC1, u kterých se ve všech kritických bodech vybraných

pro prokázání výpočtem, všechna zatížení způsobená gravitačním účinkem na hmotnosti

různých částí jeřábu zvyšují (nepříznivě) výsledné účinky zatížení a které nejsou ovlivněny

úmyslným přetvořením (předepnutím), jsou povařovány za jeřáby nebo části jeřábů s třídou

rozložení hmotnosti MDC1.

BRNO 2016

21


Φ1 = 1 + δ = 1 + 0,05 = 1,05 (6)

kde je:

δ [1] hodnota δ (0 ≤ δ ≤ 0,1) závisí na konstrukci jeřábu a musí být určena

4.2.2 SETRVAČNÉ A GRAVITAČNÍ ÚČINKY PŮSOBÍCÍ SVISLE NA BŘEMENO ZDVIHU

Při zdvihání volně ležícího břemene musí být zohledněny účinky kmitání, které při tom vznikají

tím, že se vynásobí gravitační síly působící na hmotnost břemena zdvihu, součinitelem ϕ2.

Φ2 = Φ2min + β2 · vh (7)

Tab. 3 Hodnoty β2 a Φ2min [10]

Zdvihová třída zařízení β2 Φ2min

HC4 0,68 1,20

Tab. 4 Hodnoty vh pro určení Φ2 [10]

Kombinace

zatížení

Typ pohonu zdvihu a způsobu jeho činnosti

HD1

A1, B1 Vh,max

C1 -

Pro kombinaci zatížení A1, B1:

Φ2 = Φ2min + β2 · vh = Φ2min + β2 · vh,max = 1,20 + 0,68 · 0,6 = 1,608 (8)

4.2.3 NÁHLÉ UVOLNĚNÍ ČÁSTI BŘEMENA ZDVIHU

K náhlému uvolnění může dojít při přetržení lana či nějaké mechanické závadě.

Pravděpodobnost tohoto je malá, avšak musí se s ní počítat.

ϕ3 = 1 – ∆𝑚𝐻

𝑚𝐻 (1 + β3) = 1 –

140

280 (1 + 0,5) = 0,25 (9)

kde je:

∆mH [t] uvolněná část břemena zdvihu

mH [t] hmotnost břemena zdvihu

β3 [1] součinitel pro jeřáby s drapákem nebo s podobným prostředkem s pomalým

uvolňováním

BRNO 2016

22


4.2.4 SOUČINITEL ZATÍŽENÍ ZPŮSOBENÁ POJEZDEM PO NEROVNÉM POVRCHU

Při výpočtu dynamických účinků od pojezdu jeřábu se vyvolaná zrychlení zohlední

vynásobením gravitačních sil hmotností jeřábu a břemena zdvihu součinitelem ϕ4.

Předpokládá se, že v místě pracoviště jeřábu (pravděpodobně přístav) bude hladký povrch

s maximálními nerovnostmi o velikosti cca 4 cm.

Φ4 = 1,01 (10)

4.2.5 ZATÍŽENÍ ZPŮSOBENÁ ZRYCHLENÍM POHONŮ

Zatížení, která jsou způsobená působením hnacích sil při brždění nebo zrychlení.

Pro pohony bez rázů při zpětném chodu nebo pro případy, kde rázy při zpětném chodu

nevyvolávají dynamické síly a kde jsou pozvolné změny sil. Součinitel Φ5 leží v intervalu

1-1,5.

Zvoleno: Φ5 = 1,3 (11)

4.2.6 SOUČINITEL ZATÍŽENÍ PŘI ZKOUŠKÁCH

Zatížení při zkouškách se použijí pro jeřáb v jeho provozním uspořádání. Systém jeřábu nesmí

být změněn (například použitím zvětšeného protizávaží).

a) Dynamické zkušební zatížení

Zkušební břemeno je přemisťováno klasickým použitím jeřábu a má minimálně 110 %

maximální nosnosti jeřábu.

Φ6dyn = 0,5 (1 + Φ2) = 0,5 (1 + 1,608) = 1,304 (12)

b) Statické zkušební zatížení

Zkušební břemeno není přemísťováno, pouze visí a musí mít minimálně 125 % maximální

nosnosti jeřábu.

Φ6stat = 1 (13)

4.2.7 SOUČINITEL ZPŮSOBENÝ SILAMI NA NÁRAZNÍKY

U tohoto portálového jeřábu se nárazníky nepoužívají, protože jeřáb nemá přesně vymezenou

pracovní dráhu. Ta může být pokaždé jiná a většinou je v prostoru, ve kterém nejsou nárazníky

zapotřebí. Proto je součinitel ϕ7 zanedbán.

BRNO 2016

23


4.2.8 PŘEHLED DYNAMICKÝCH SOUČINITELŮ

Tab. 5 Přehled dyn. souč.

Součinitel Název Hodnota

Φ1 Dynamický součinitel účinků při zdvihání a gravitačních

účinků působících na hmotnost jeřábu 1,05

Φ2 Dynamický součinitel pro zdvihání volně ležícího břemena 1,608

Φ3 Dynamický součinitel pro náhlé uvolnění části břemena zdvihu 0,25

Φ4 Dynamický součinitel zatížení způsobených pojezdem po

nerovném povrchu 1,01

Φ5 Dynamický součinitel zatížení způsobených zrychlením

pohonů 1,3

Φ6 Dynamický součinitel zatížení při zkouškách

Φ6dyn=1,304

Φ6stat=1

4.3 VÝPOČET ZATÍŽENÍ PŮSOBÍCÍCH NA JEŘÁB

Různé druhy zatížení, která mohou a budou působit na jeřáb při jeho užívání. Následující

podkapitoly probíhají dle [10].

4.3.1 ZATÍŽENÍ OD HMOTNOSTI JEŘÁBU

Přesná hmotnost jeřábu není možné určit, proto se tato hmotnost pouze odhaduje určením toho,

co známe a přičtením odhadu.

mj = mk + mzu + mo = 160 000 + 50 000 + 2 000 = 212 000 kg (14)

i1 = mj · g = 212 000 · 9,81 = 2 079 720 N (15)

kde je:

mj [kg] hmotnost jeřábu

mk [kg] hmotnost konstrukce jeřábu

mzu [kg] hmotnost zdvihového ústrojí jeřábu

mo [kg] hmotnost ostatních součástí jeřábu

g [m s-2] tíhové zrychlení (g = 9,81)

BRNO 2016

24


4.3.2 ZATÍŽENÍ OD HMOTNOSTI BŘEMENE

Hmotnost břemene je známá ze zadání BP.

i2 = mb · g = 400 000 · 9,81 = 3 924 000 N (16)

kde je:

mb [kg] maximální hmotnost břemene

4.3.3 ZATÍŽENÍ OD HMOTNOSTI JEŘÁBU A BŘEMENE

Je to součet hmotnosti jeřábu a břemene působící na jeřáb ve stejný okamžik. To je při zvedání

či pohybu s břemenem.

i3 = (mb + mj) · g = (400 000 + 212 000) · 9,81 = 6 003 720 N (17)

4.3.4 ZATÍŽENÍ OD ZRYCHLENÍ ZDVIHOVÉHO POHONU

Zrychlení od zdvihu uvažujeme 0,05 m·s-2.

i4 = ((mb + mkl) · g) · a = ((400 000 + 16 500) · 9,81) · 0,05 = 204 293 N (18)

kde je:

mkl [kg] hmotnost kladnic a uchopovacích přípravků (v tomto případě popruhů)

a [m·s-2] zrychlení zdvihu

4.3.5 ZATÍŽENÍ ZPŮSOBENÁ VĚTREM ZA PROVOZU

Tímto uvažujeme zatížení od větru na jeřáb působící kolmo v podélné ose uvažovaného prvku.

Je zvolen „obvyklý“ stupeň větru za provozu.

v(3) = 1,5 · v = 1,5 · 13,3 = 20 m·s-1 (19)

q(3) = 0,5 · ρ · v(3)2 = 0,5 · 1,25 · 202 = 250 N·m-2 (20)

i5 = Ʃ(q(3) · c · Ap) = 135 950 N (21)

BRNO 2016

25


Tab. 6 Uvažované plochy jeřábu pro zatížení větrem za provozu

Uvažovaná

plocha c [1] Ap [m

2] F [N]

Plocha

jeřábu 2 26,9 13 450

Plocha

břemene 2,4 200 120 000

Ostatní

plochy 1 10 2 500

Součet sil 135 950

Plocha břemene není možné přesně určit, protože jeřáb má širší škálu velikosti břemen.

Proto budeme uvažovat 2/3 pracovní plochy jeřábu z čelního pohledu.

Ostatní plochy jsou plochy zdvihového ústrojí, plochy pojezdu a dalších, které mohou

na jeřábu být.

kde je:

v(3) [m·s-1] rychlost nárazu větru jako průměr intervalu 3 sekund

v [m·s-1] střední rychlost větru dle Beaufortovi stupnice

q(3) [N·m-2] tlak větru při v(3)

ρ [kg·m3] hustota vzduchu (ρ = 1,25 kg·m3)

c [1] aerodynamický součinitel

Ap [m2] uvažovaná charakteristická plocha jeřábu

4.3.6 ZATÍŽENÍ PŘI ZDVIHÁNÍ VOLNĚ LEŽÍCÍHO BŘEMENA PŘI POUŽITÍ MAXIMÁLNÍ RYCHLOSTI

ZDVIHU

Při zvedání volně ležícího břemena se musí zohlednit účinky kmitání. V kombinaci C1

vynásobením součinitel Φ2.

i6 = (mb + mkl) · g = (400 000 + 16 500) · 9,81 = 4 085 865 N (22)

4.3.7 ZATÍŽENÍ VĚTREM ZPŮSOBENÁ MIMO PROVOZ

Tímto uvažujeme zatížení od větru na jeřáb bez zavěšeného břemene.

Z důvodu druhu jeřábu a jeho pracovní působnosti je zvolen dle mapy Evropy znázorňující

regiony, kde jsou používané referenční hodnoty rychlosti větru region C.

Tab. 7 Rychlost ref. bouřlivého větru v závislosti na regionu [10]

Region C

vref 28

BRNO 2016

26


v(3) = frec · [(z / 10)0,14 + 0,4] · vref

= 0,873 3 · [(12 / 10)0,14 + 0,4] · 28 = 34,9 m·s-1 (23)

q(z) = 0,5 · q · v(3)2 = 0,5 · 1,25 · 34,92 = 761,3 N·m-2 (24)

i7 = Ʃ(q(z) · c · A) = 48 571 N (25)

Tab. 8 Uvažované plochy jeřábu pro zatížení větrem mimo provoz

c [1] A [m2] F [N]

Plocha

jeřábu 2 26,9 40 958

Ostatní

plochy 1 10 7 613

Součet sil 48 571

kde je:

v(3) [m·s-1] rychlost nárazu větru jako průměr intervalu 3 sekund

frec [1] součinitel závislý na době návratu R

frec = 0,873 3 pro R = 10

vref [m·s-1] referenční rychlost větru, v závislostech na geografickém regionu

Evropy.

q(z) [N·m-2] ekvivalentní statický tlak větru mimo provoz

4.3.8 ZATÍŽENÍ SNĚHEM A NÁMRAZOU

Při zatížení sněhem a námrazou se počítá se zvětšením plochy, vystavené větru mimo provoz.

Předpokládá se zvětšení ploch o 15 %.

i8 = Ʃ(q(z) · c · Ap) = 55 803 N (26)

Tab. 9 Uvažované plochy jeřábu pro zatížení větrem mimo provoz a zatížení sněhem a

námrazou

c [1] Ap [m2] F [N]

Plocha

jeřábu 2 30,9 47 048

Ostatní

plochy 1 11,5 8 755

Součet sil 55 803

BRNO 2016

27


4.3.9 ZATÍŽENÍ PŘI ZKOUŠKÁCH

Zkušební zatížení hmotnosti břemene se vynásobí součinitelem Φ6 příslušným danému druhu

zkoušky.

a) Dynamické zkušební zatížení

Zkušební břemeno je přemisťované pomocí pohonů způsobem jakým se jeřáb klasicky používá.

Musí mít minimálně 110% maximální hmotnosti břemene.

mdyn = mb · 1,1 = 440 000 kg (27)

i9dyn = Φ6dyn · mdyn · g = 5 628 586 N (28)

kde je:

mdyn [kg] zkušební hmotnost břemene při dynamické zkoušce

b) Statické zkušební zatížení

Zkušební břemeno zvedané jeřábem bez použití pohonů. Musí mít minimálně 125 % maximální

hmotnosti břemene.

mstat = mb · 1,25 = 500 000 kg (29)

i9stat = Φ6stat · mstat · g = 4 905 000 N (30)

kde je:

mstat [kg] zkušební hmotnost břemene při statické zkoušce

4.3.10 ZATÍŽENÍ ZPŮSOBENÁ NOUZOVÝM ZASTAVENÍM

Zatížen způsobené okamžitým zrychlením z maximální rychlosti při zatížení na nulovou

rychlost. Dojde tedy k okamžitému zastavení.

mjb = mj + mb = 132 000 + 400 000 = 532 000 kg (31)

i10 = mjb · ab = 532 000 · 7,4 = 3 936 800 N (32)

kde je:

mjb [kg] celková hmotnost jeřábu a břemene

ab [m·s-2] zrychlení při brzdění

BRNO 2016

28


Výpočet zrychlení ab

Obr. 8 Schéma působení sil při nouzovém brzdění

Ft = f · N (33)

N = G = mjb · g (34)

F = mjb · ab (35)

Ft = F (36)

F = Ft

mjb · ab = f · mjb · g

535 000 · ab = 0,75 · 532 000 · 9,81

ab = (0,75 · 532 000 · 9,81) ꞉ 532 000

ab = 7,3575 = 7,4 m·s-2

kde je:

Ft [N] třecí síla

f [1] součinitel tření - mezi pryží a betonem [11] - f = 0,75

N [N] normálová síla (reakce podložky)

G [N] tíhová síla

Při brzdění může dojít k překlopení jeřábu. Tato situace může nastat tehdy, pokud klopící

moment bude větší než moment vyrovnávací. Což je samozřejmě nežádoucí a taková situace

nesmí nastat, proto je důležité, aby moment vyrovnávací byl vždy větší než moment klopící.

Vzdálenost těžiště od klopné hrany je pro každý moment jiná. Pro klopný moment je vzdálenost

lk zvolena 7 metrů a vyrovnávací moment volena vzdálenost lv = 5,575 m.

Mk = F · lk (37)

Mv = G · lv (38)

BRNO 2016

29


musí tedy platit:

Mk < Mv (39)

F · lk < G · lv

(mjb · ab) · lk < (mjb · g) · lv

(532 000 · 7,4) · 7 < (532 000 · 9,81) · 5,575

27 557 600 Nm < 29 095 479 Nm

Klopný moment vyšel menší, než vyrovnávací z čehož se usuzuje, že k překlopení

při nouzovém zastavení nedojde.

kde je:

lk [m] vertikální vzdálenost těžiště od klopné hrany

lv [m] horizontální vzdálenost těžiště od klopné hrany

Mk [Nm] moment klopný

Mv [Nm] moment vyrovnávací

4.4 PŘEHLED ZATÍŽENÍ

Souhrn uvažovaných zatížení působících na jeřáb.

Tab. 10 Přehled zatížení

Zatížení Název Hodnota [N]

i1 Zatížení od hmotnosti jeřábu 1 294 920

i2 Zatížení od hmotnosti břemene zdvihu 3 924 000

i3 Zatížení od hmotnosti jeřábu a břemene 5 787 900

i4 Zatížení od zrychlení zdvihového pohonu 204 293

i5 Zatížení způsobená větrem za provozu 135 950

i6 Zatížení od zdvihání volně ležícího břemene 6 570 071

i7 Zatížení způsobená větrem mimo provoz 48 571

i8 Zatížení sněhem a námrazou 55 803

i9 Zatížení při zkouškách dyn 5 628 586

stat 4 905 000

i10 Zatížení způsobená nouzovým zastavením 3 936 800

BRNO 2016

30


4.5 KOMBINACE ZATÍŽENÍ

Výpočet kombinací zatížení je dle [10] Tabulka 10. Tabulka kombinací zatížení je v příloze A.

Při výpočtu největší kombinace bylo třeba rozložit síly od břemene a zatížení od zrychlení

zdvihového pohonu kvůli tomu, že působí pod úhlem. Proto jsou rozloženy do svislých „y“

a vodorovných „x“ sil. Síla působí pod úhlem 5-10 ° => je zvolena střední hodnota 7,5 °.

Vyhodnocení kombinací:

Z výsledků součtu sil vodorovných a svislých v tabulce kombinací vychází jako nejhorší

kombinace A1 pro svislé síly a C3 pro vodorovné síly při dynamické zkoušce. Při zatěžovací

zkoušce v programu SCIA Enginner byla tudíž použita kombinace zatížení A1 + zatížení

od větru a sněhu za provozu.

Kombinace, které nepůsobí na jeřáb, a tudíž nejsou brány v potaz:

C4 Jeřáb s břemenem v kombinaci se zatížením silami na nárazníky.

- Součástí jeřábu nejsou nárazníky.

C5 Jeřáb s břemenem v kombinaci se zatížením klopícími silami.

- Nepočítá se s klopícími silami.

C8 Jeřáb s břemenem v kombinaci se zatížením silami od vnějšího dynamického buzení

základů jeřábu.

- Neuvažuje se seismická činnost.

C9 Jeřáb při montáži, demontáži a dopravě.

- Neuvažuje se častá montáž, demontáž a s nimi spojená přeprava jeřábu.

BRNO 2016

31

NÁVRH KONSTUKCE JEŘÁBU

5 NÁVRH KONSTRUKCE JEŘÁBU Jelikož se jedná o velký jeřáb s nemalou nosností, konstrukce bude velká a robustní. Pro tento

jeřáb je nejlepší řešení použití svařovaných skříňových nosníků zpevněných pomocí žeber

zevnitř. Tyto nosníky se poté sešroubují dohromady a tvoří konstrukci jeřábu.

Žádná norma pro žebra však není. Je o nich pouze zmínka v ČSN EN ISO 12215-5, což je

norma pro Malá plavidla - Konstrukce trupu a rozměry - Část 5: Výpočtové tlaky pro jednotrupá

plavidla, výpočtová napětí, stanovení rozměrů. Žebra se používají pro zvýšení tuhosti nosníků.

Takže se používají dle zkušeností konstruktérů.

Výpočet konstrukce probíhal v programu SCIA Engineer 15.2 (studentská verze).

5.1 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Návrh rozměrů konstrukce

Prvotní návrh osových rozměrů konstrukce je sestrojen tak, aby splňoval zadané parametry.

Délka jeřábu – 15 m. Pracovní šířka 10 m byla dosažena, 10m rozvor v horší části jeřábu

se směrem dolu pomalu rozšiřuje díky proměnným průřezům sloupů jeřábu. Při předpokladu,

že kyvadlový pojezd bude mít min. 2 m na výšku (cca 2-3 dle konstrukčního řešení) se může

uvažovat, že pracovní výška jeřábu bude alespoň zadaných 10 m. Uvedené rozměry jsou

v milimetrech.

Obr. 9 Boční pohled na jeřáb

BRNO 2016

32


Obr. 10 Čelní pohled na jeřáb

Popis obr. 5 a 6:

2 - spodní nosník

3 - přední vertikální nosník (přední noha)

4 - zadní vertikální nosník (zadní noha)

5 - hlavní nosník

6 - L nosník

7 - spojovací nosník

Dělicí čáry naznačují místa horizontálních šroubových spojů pomocí pásů.

5.1.1 VLOŽENÍ KONSTRUKCE DO PROGRAMU SCIA ENGINNER

Obr. 11 Model konstrukce v programu SCIA Enginner

BRNO 2016

33


Tab. 11 souřadnice uzlů na obr. 11

UZEL SOUŘADNICE [mm]

UZEL SOUŘADNICE [mm]

X Y Z X Y Z

N1 150 0 0 N23 11 000 13 150 8 800

N2 150 11 150 0 N24 -11 000 0 0

N3 133 11 150 1 000 N25 -11 000 11 150 0

N4 116 11 150 2 000 N26 -11 133 11 150 1 000

N5 99 11 150 3 000 N27 -11 116 11 150 2 000

N6 85 11 150 4 000 N28 -11 099 11 150 3 000

N7 65 11 150 5 000 N29 -11 085 11 150 4 000

N8 48 11 150 6 000 N30 -11 065 11 150 5 000

N9 31 11 150 7 000 N31 -11 048 11 150 6 000

N10 14 11 150 8 000 N32 -11 031 11 150 7 000

N11 0 11 150 8 800 N33 -11 014 11 150 8 000

N12 133 0 1 000 N34 -11 000 11 150 8 800

N13 116 0 2 000 N35 -11 133 0 1 000

N14 99 0 3 000 N36 -11 116 0 2 000

N15 85 0 4 000 N37 -11 099 0 3 000

N16 65 0 5 000 N38 -11 085 0 4 000

N17 48 0 6 000 N39 -11 065 0 5 000

N18 31 0 7 000 N40 -11 048 0 6 000

N19 14 0 8 000 N41 -11 031 0 7 000

N20 0 0 8 800 N42 -11 014 0 8 000

N21 0 13 150 8 800 N43 -11 000 0 8 800

N22 0 -2 350 8 800 N44 -11 000 -2 350 8 800

Podpory jsou umístěny do míst, kde jsou závěsy pro pojezd. Jedna podpora (N2) je nastavena

tak, aby zachytávala síly ve všech směrech. Ostatní jsou nastaveny jen pro síly v jedné ose,

aby byl možný pohyb v osách x a y.

Obr. 12 Reakce v podporách

BRNO 2016

34


Tab. 12 Reakce v podporách z obr. 12

UZEL Síla v ose Z [kN]

N1 297,55

N2 474

N24 297,55

N25 474

5.1.2 ZATÍŽENÍ KONSTRUKCE

Na obrázku je drátový model jeřábu, použitý při výpočtu v programu SCIA Engineer. Všechny

šipky představují veškeré uvažované síly působící na jeřáb, se kterými se počítalo. Síly ve

vyznačené oblasti určují prostor pojezdu zdvihu. Krajní určuji maximální hranici a střední

hranice určuje místo nad vertikálními nosníky.

Obr. 13 Zatížení jeřábu v programu SCIA

Zatěžující síly:

1) Vlastní hmotnost jeřábu – F1 – program počítá automaticky s vlastní hmotností

2) Zatížení od břemene – F2 – na jednu kladnici se počítá se zatížením osminou hmotnosti

břemene což je 50 t = 498 066,7531 N. Toto zatížení vytváří na nosníku moment

o velikosti 490 441,3511 Nm. V [1] se počítá na jednu kladnici se sílou čtvrtiny nosnosti

což je 100 t. Jelikož, se ale v kombinacích tato síla násobí součiniteli bezpečnosti, není

třeba zadávat takovéto zatížení.

3) Skříň – F3 – zavěšená na spodní nosníku, jejímž obsahem jsou elektronické ovládací

agregáty, nadrž na palivo, elektrogenerátor, hydrogenerátor a ostatní věci.

Nesmí se také opomenout samotná hmotnost skříně, která nebude díky rozměrům malá.

BRNO 2016

35


Tato hmotnost je kvůli tomu, že neznáme přesný obsah a rozměry pouze odhadovaná

na 4 t = 39 240 N.

4) Zdvihové ústrojí – F4 – nachází se na horní straně spodního nosníku. A je složeno

z motoru (15 kg), převodovky (1050 kg), bubnu (2000 kg). Každé zavěšení má svoje

ústrojí, čili na každé straně 4x což je celkem 24 520 kg. K tomu musíme přičíst váhu

uchycovacích komponentů, a to může dát dohromady 24 600 kg. Zatížení na jeřáb je

rozděleno na každém nosníku dle předpokládaného umístěni. Každé zatížení je 1/8

celkového, a to je 3075 kg = 30 165,75 N [5].

5) Úchyt kladek na hlavním nosníku – F5 – celkově je osm těchto úchytů a to 4 posuvné

a 4 neposuvné. Krajní se vždy mohou pohybovat a měnit svoji polohu dle potřeby

v určitém rozsahu. Hmotnost každého tohoto úchytu je 2 000 kg [1], to vyvine sílu

19 620 N. Jelikož, je úchyt z konstrukčních důvodů neexcentrický, počítá se

i s momentem, který od něj bude vznikat. Ten byl určen na velikost čtvrtinové

hmotnosti úchytu, tj. 500 kg pak je moment o velikosti 4 170 Nm.

6) Kladnice – F6 – visí na úchytu a její hmotnost se předpokládá 2 000 kg = 19 620 N. Do

této síly se přičtou ještě hmotnosti uchytávacích popruhů. Tato hmotnost byla stanovena

30 kg k jedné kladnice. Po součtu vychází zatížení 19 915 N. Kladnice také nevisí v ose

prutu, ale ve vzdálenosti 850 mm, tudíž vytváří moment o velikosti 16 928 Nm.

7) Reakce od bubnu – F7 – pokud je zavěšeno břemeno, nebo stačí i kladnice, tak je

vytvářena zpětná síla na buben. Tato síla působí v místech F4, ale opačným směrem a

pod úhlem 5 ° směrem do konstrukce (úhel, kterým jde k úchytům na horním nosníku).

Má velikost 1/6 od síly břemene. Pokud navíjí jen kladnice tak je tato síla 3 270 N,

pokud břemeno pak 83 7227,5 N.

Obr. 14 Zatížení jeřábu v programu SCIA

BRNO 2016

36


Pro výpočty momentů byl použit vzorec:

Mn = Fn · l (40)

kde je:

Mn [Nm] moment myšlené síly

Fn [N] myšlená síla

l [mm] vzdálenost osy nosníku a osy čepu

Na následujícím obrázku je schematicky zakreslena vzdálenost čepu úchytu na horním nosníku.

Je zde zakreslena síla F, která se může pohybovat v intervalu 5 ° [1]. Pro určování momentu

všech sil, jejichž nositelky procházejí osou čepu S, se počítá s větší vzdáleností od osy horního

nosníku. Ta má po zaokrouhlení velikost l = 985 mm. To platí, pouze pokud se jedná o zatížený

stav. Jestliže se jedná o nezatížený stav, pak bude vzdálenost l = 850 mm.

Obr. 15 Průřez úchytu a horního nosníku se znázorněním zatěžujících sil (rozměry v mm)

BRNO 2016

37


5.2 VÝBĚR MATERIÁLU

Jelikož se jedná o velkou konstrukci, musí být vyrobena ze skříňových svařovaných nosníků.

To znamená, že použitá ocel musí mít dobré mechanické vlastnosti a musí být dobře svařitelná.

Obvykle se pro ocelové konstrukce používají oceli tříd S 235, S 275 a S 355.

Tab. 13 Jmenovité hodnoty pevnostních veličin konstrukčních ocelí [12]

Pevnostní třída oceli

podle ČSN EN 10025

t ≤ 40

(mm)

fy

(MPa)

fu

(MPa)

S 235 235 360

S 275 275 430

S 355 355 510

Z důvodu velikosti konstrukce je lepší použít materiál s lepšími hodnotami meze kluzu fy

a pevnosti v tahu fu. Tyto hodnoty má materiál S 355, proto byl vybrán a počítalo se s jeho

hodnotami.

5.3 ROZMĚRY A KONTROLA JEDNOTLIVÝCH NOSNÍKŮ

V programu SCIA Engineer jde pomocí skořepiny namodelovat nosník s podélnými žebry.

Nosníky byly proto takto namodelovány a počítalo se s nimi.

Následující rozměry na průřezech jsou v milimetrech.

Obr. 16 Průřez podélného žebra

BRNO 2016

38


Pro lepší orientaci jsou v následujících podkapitolách v průřezech nosníků zadány jen rozměry

ke středu žebra S. Tato místa jsou naznačena černými tečkami ve schématech průřezu nosníků.

5.3.1 SPODNÍ NOSNÍK 2

Obr. 17 Průřez spodním nosníkem

Hodnoty:

Šířka pásnice – Ba = 700 mm

Šířka stojny – Bb = 530 mm

Tloušťka pásnice – tha = 35 mm

Tloušťka stojny – thb = 30 mm

Vnitřní vzdálenost stojen – A = 600 mm

Délka nosníku – ln = 12 000 mm

Plocha průřezu – S = 9,9 x 10-2 m2

Hmotnost (1 m) – m2 = 97,119 x 10-2 kg

Kvadratický moment – I = 5,1647 x 10-3 m4

Modul průřezu v ohybu – Wo = 1,6956 x 10-2 m3

VVÚ jsou pro délku nosníku 11 200 mm, protože se počítalo s osovými vzdálenostmi svislých

nosníků. Poloha žeber na stojnách není symetrická, protože tlaková část tohoto profilu má větší

sklony k vyboulování.

BRNO 2016

39


Obr. 18 VVÚ na levé straně spodního nosníku

Obr. 19 VVÚ na pravé straně spodního nosníku

BRNO 2016

40


Ohybový moment: nejhorší průřez na ohyb je konec nosníku 11,2 m

Moy = 631 700 Nm

Moz = 201 900 Nm

Napětí v ohybu: 𝜎𝑜𝑥 = 𝑀𝑜𝑦

𝑊𝑜=

631 700

1,6956 ∙ 10−2= 37,3 MPa (41)

𝜎𝑜𝑧 = 𝑀𝑜𝑧

𝑊𝑜=

201 900

1,6956 ∙ 10−2= 11,9 MPa (42)

σo2 = σoy + σoy = 37,3 + 11,9 = 49,2 MPa (43)

Tlakové napětí: tlakové napětí je v celém průřezu stejné, vyšší je na pravém nosníku

Nt = 159 200 N

𝜎𝑛2 = 𝑁𝑡

𝑆=

159 200

9,9 · 10−2= 1,6 MPa (44)

Výsledné napětí: σ2 = σo2 + σn2 = 49,2 + 1,6 = 50,8 MPa (45)

Posouvající síla: největší posouvající síly jsou na levém nosníku ve vzdálenosti???

Ty = 39 400 N

Tz = 294 100 N

Smykové napětí: 𝜏𝑦 = 𝑇𝑦

𝑆=

39 400

9,9 · 10−2= 0,4 MPa

𝜏𝑧 = 𝑇𝑧

𝑆=

294 100

9,9 · 10−2= 3 MPa

τ2 = τy + τz = 0,4 + 3 = 3,4 MPa (46)

Protože smykové napětí působí v jiném místě než normálové a je menší bude se bezpečnost

počítat na průřezu největšího normálového napětí.

Bezpečnost: 𝑘2 = 𝑓𝑦

𝜎2=

355

46,9= 7 (47)

Součinitel bezpečnosti je dostatečně velký, proto nosník vyhovuje.

BRNO 2016

41


5.3.2 PŘEDNÍ VERTIKÁLNÍ NOSNÍK 3

Obr. 20 Průřez předním vertikálním nosníkem

Hodnoty:

Šířka pásnice – Ba = 700 - 1 000 mm




Vnitřní vzdálenost stojen – A = 580 - 880 mm

Délka – ln = 7 800 mm

Protože je průřez nosníku proměnný a do programu SCIA Enginner se musel zadávat v několika

částech, bylo potřeba si zjistit VVÚ každého průřezu. Poté tyto průřezy porovnat a vybrat ten

s největším namáháním.

Jelikož je průřez nosníku proměnný, žebra na pásnici budou navařeny šikmo. Jejich poloha není

symetrická, protože vlákna bližší vnitřní části jeřábu jsou namáhána na tlak. Tím pádem mají

větší sklony k vyboulení. Proto jsou posunuta blíže k vnitřnímu okraji jeřábu. Jejich poloha je

zakótována na obr. 20 a je vždy ke středu daného průřezu. Polohu středu horního průřezu nám

udává značka Sh.

Ohybový moment: nejhorší průřez na ohyb je v největším průřezu na pravém nosníku

Mox = 434 780 Nm

Moy = 1 461 590 Nm

Wo = 3,3855 x 10-2 m3

BRNO 2016

42


Napětí v ohybu: 𝜎𝑜𝑥 = 𝑀𝑜𝑥

𝑊𝑜=

434 780

3,3855 ∙ 10−2= 12,8 MPa (48)

𝜎𝑜𝑦 = 𝑀𝑜𝑦

𝑊𝑜=

1 461 590

3,3855 ∙ 10−2= 43,2 MPa (49)

σo3 = σox + σoy = 12,8 + 43,2 = 56 MPa (50)

Tlakové napětí: největší je v nejmenším průřezu pravého nosníku

Nt = 2 880 500 N

S = 13 x 10-2 m2


𝑆=

2 880 500

13 ∙ 10−2= 22,2 MPa (51)

Posouvající síla: největší posouvající síly jsou v největším průřezu levého nosníku

Ty = 42 740 N

S = 15,698 x 10-2 m2

Smykové napětí: 𝜏3 = 𝑇𝑦

𝑆=

42 740

15,698 ∙ 10−2= 0,3 MPa (52)

Nejhorší namáhání je na ohyb a je v největším průřezu pravého nosníku. Proto se bezpečnost

počítá s tomto napětím.


𝜎𝑜3=

355

56= 6,3 (54)


Protože je nosník namáhán tlakem, je potřeba provést kontrolu vzpěrné stability. Jelikož

se jedná o nosník s proměnným profilem, bude se počítat se středním průřezem.

Plocha průřezu: S = 14,407 x 10-2 m2

Kvadratický moment: I = 1,3151 x 10-2 m4

Redukovaná délka nosníku: lred = α · l = 2 · 7,92 = 15,6 m (55)

Kontrola na vzpěr

Štíhlost prutu: 𝜆3 = 𝑙𝑟𝑒𝑑

𝑖=

𝑙𝑟𝑒𝑑

√𝐼

𝑆

= 15,6

√1,3151 · 10−2

14,407 ∙10−2

= 51,6 (56)

40-60 < λ3 < 100 → oblast nepružného vzpěru → výpočet bude probíhat podle Tetmajerovy-

Jasinského rovnice:

BRNO 2016

43


Kritické napětí: σkr3 = fy – 0,62 · λ = 355 – 0,62 · 51,6 = 323,008 MPa (58)

Výpočet kritické síly: Fkr3 = σkr3 · S = 323,008 · 106 · 14,407· 10-2 = 46 535 762,6 N (59)

Suma svislých sil působících na jeřáb při kombinaci A1: FA1 = 10 041 579 N

Kritická síla je daleko větší než svislé síly, které dohromady působí na jeřáb. Proto ke vzpěru

nedojde.

σkr3 > σ → podmínka vzpěrné stability

Bezpečnost nosníku na vzpěr: 𝑘3𝑣 = 𝜎𝑘𝑟3

𝜎𝑜3=

323,008

56= 5,8 (60)

kde je:

i [mm] poloměr setrvačnosti průřezu

5.3.3 ZADNÍ VERTIKÁLNÍ NOSNÍK 4

Obr. 21 Průřez zadním vertikálním nosníkem

Hodnoty:

Šířka pásnice – Ba = 700 - 1 000 mm




Vnitřní vzdálenost stojen – A = 680 - 880 mm


BRNO 2016

44


Pro tento nosník platí s žebry na pásnici to co u předního vertikálního nosníku.

Protože je průřez nosníku proměnný a do programu SCIA Enginner se musel zadávat v několika

částech, bylo potřeba si zjistit VVÚ každého průřezu. Poté tyto průřezy porovnat a vybrat ten

s největším namáháním.

Nejvíce zatíženy nosník je levý.

Ohybový moment: nejvyšší ohybový moment vzniká na pravém nosníku v největším

průřezu.

Mox = 211 340 Nm

Moy = 1 912 090 Nm

Wo = 5,5006 x 10-2 m3


𝑊𝑜=

211 340

5,5006 ∙ 10−2= 3,8 MPa (61)

𝜎𝑜𝑦 = 𝑀𝑜𝑦

𝑊𝑜=

1 912 090

5,5006 ∙ 10−2= 34,8 MPa (62)

σo4 = σox + σoy = 3,8 + 34,8 = 38,6 MPa (63)

Tlakové napětí: největší je v nejmenším průřezu levého nosníku. Moc se neliší od toho

na pravém nosníku, kde je 2 929 670 N. V nejvyšší části tohoto nosníku je tato síla 2 794 700

N. Protože se bude počítat bezpečnost k tomuto místu, použijeme sílu v tomto místě.

Nt = 2 794 700 N

S = 18,555 x 10-2 m2


𝑆=

2 794 700

18,555 ∙ 10−2= 15,1 MPa (64)

Posouvající síla: největší posouvající síly jsou v nejmenším průřezu pravého nosníku

Ty = 68 290 N

S = 15,8 x 10-2 m2

Smykové napětí: 𝜏4 = 𝑇𝑦

𝑆=

68 290

15,8 ∙ 10−2= 0,43 MPa (65)

Nejhorší namáhání je v pravém nosníku na největším průřezu. Proto se bezpečnost počítá

k tomuto místu.

Součet napětí: σ4 = σo4 + σn4 = 38,6 + 15,1 = 53,7 MPa (66)


𝜎4=

355

53,7= 6,6 (67)


BRNO 2016

45


Protože je nosník namáhán tlakem, je potřeba provést kontrolu vzpěrné stability. Jelikož

se jedná o nosník s proměnným průřezem, bude se počítat se středním průřezem.

Plocha průřezu: S = 17,205 x 10-2 m2

Kvadratický moment: I = 1,6895 x 10-2 m4

Redukovaná délka nosníku: lred = α · l = 2 · 7,8 = 15,6 m (68)

Kontrola na vzpěr

Štíhlost prutu: 𝜆4 = 𝑙𝑟𝑒𝑑

𝑖=

𝑙𝑟𝑒𝑑

√𝐼

𝑆

= 15,6

√1,6895 · 10−2

17,205 ∙ 10−2

= 49,8 (69)

40-60 < λ4 < 100 → leží ve spodní hranici, proto se bude počítat prut na prostý tlak

Prostý tlak: F = 𝐹𝐴1

4=

10 041 579

4 = 2,5 MPa (70)

σv4 = 𝐹

𝑆=

2 510 395

11,1 ∙ 10−2 = 14,6 MPa (71)

Bezpečnost: 𝑘𝑣4 = 𝑓𝑦

𝜎𝑣4=

355

14,6= 24,3 (72)

BRNO 2016

46


Následující tři nosníky byly v programu SCIA Enginner rozděleny na dva. Protože jsou

navzájem propojeny šroubovými spoji a ty se nepočítají jako vazby.

L nosník byl v rohu rozdělen na dva, z důvodu aby se daly zjistit VVÚ v délce celého prutu.

Jelikož jsou průřezy stejné, nemá to žádný vliv na výpočet.

5.3.4 HLAVNÍ NOSNÍK 5

Obr. 22 Průřez hlavním nosníkem

Hodnoty:

Šířka pásnice – Ba = 1 000 mm







Hmotnost (1 m) – m2 = 2 292,2 kg



BRNO 2016

47


Obr. 23 VVÚ nosníku na levé straně

Obr. 24 VVÚ nosníku na pravé straně

Ohybový moment: největší vzniká v rohu L nosníku

Mox = 4 576 300 Nm

Moz = 6 845 100 Nm

BRNO 2016

48



𝑊𝑜=

4 576 300

8,0791 ∙ 10−2= 56,6 MPa (73)


𝑊𝑜=

6 845 100

8,0791 ∙ 10−2= 84,7 MPa (74)

σo5 = σox + σoz = 56,6 + 84,7 = 141,3 MPa (75)

Tlakové napětí: větší tlakové napětí je na pravém nosníku

Nt = 159 200 N


𝑆=

159 200

29,2 ∙ 10−2= 0,55 MPa (76)

Posouvající síla: největší síla vzniká na pravém nosníku v místě osového styku se

zadním vertikálním nosníkem

Tz = 2 387 500 N

Smykové napětí: 𝜏5 = 𝑇𝑧

𝑆=

2 387 500

29,2 ∙ 10−2= 8,2 MPa (78)

Největší napětí je ohybové a vzniká na konci nosníku. Proto se bude počítat bezpečnost

k tomuto průřezu s tímto napětím.


𝜎𝑜5=

355

141,3= 2,5 (79)


5.3.5 L NOSNÍK 6

Má stejný průřez jako hlavní nosník.

Obr. 25 Horní pohled na L nosník

BRNO 2016

49


Hodnoty:




Tloušťka stojny – thb = 35-40 mm

Vnitřní vzdálenost stojen – A = 880-890 mm

Délka – l = 4 500 mm

Šířka nosníku – b = 2 000 mm

5.3.6 SPOJOVACÍ NOSNÍK 7

Průřez spojovacím nosníkem a jeho charakteristické hodnoty jsou stejné jako u hlavního na

obr. 22.

Hodnoty:








Hmotnost (1 m) – m2 = 2 292,2 kg



Obr. 26 VVÚ spojovacím nosníkem

BRNO 2016

50


Ohybový moment: nebezpečný průřez na ohyb je v polovině nosníku

Moy = 5 011 900 Nm

Moz = 6 845 100 Nm

Napětí v ohybu: 𝜎𝑜𝑦 = 𝑀𝑜𝑦

𝑊𝑜=

5 011 900

8,0791 ∙ 10−2= 62 MPa (80)


𝑊𝑜=

6 845 100

8,0791 ∙ 10−2= 84,7 MPa (81)

σo7 = σoy + σoz = 62 + 84,7 = 146,7 MPa (82)

Tlakové napětí: tlakové napětí je v celém průřezu stejné

Nt = 811 900 N


𝑆=

811 900

29,2 ∙ 10−2= 2,8 MPa (83)

Výsledné napětí: σ7 = σo7 + σn7 = 146,7 + 2,8 = 149,5 MPa (84)

Posouvající síla: hodnota je největší na obou koncích nosníku

Tz = 158 400 N

Smykové napětí: 𝜏7 = 𝑇𝑧

𝑆=

158 400

29,2 ∙ 10−2= 0,54 MPa (85)


𝜎7=

355

149,5= 2,4 (86)


BRNO 2016

51


5.3.7 ZÁVĚS 8

Závěs není součástí zadání. Je to samostatná část, která je přišroubovaná k dolnímu nosníku.

Má válcové otvory na čep, přes který bude spojena s vahadlovým pojezdem.

Koncepční návrh rozměrů závěsu. Při výpočtu čepu se počítalo s plochou na otlačení o délce

400 mm, v obr. 28 je však přidána vůle 20 mm. Celý závěs je se 3 dílů, které jsou k sobě

přivařeny. Rozměry svárů jsou dle [13].

Obr. 27 Návrh rozměrů závěsu

Výpočet průměru čepu probíhal na otlačení. Jako síla působící na čep se brala polovina síly

způsobené hmotností jeřábu a maximálním zatížením od břemene. Dovolené napětí na otlačení

bylo zadáno vedoucím bakalářské práce. S čepem se počítá jako s nepohyblivým. Pojezd se

na něm bude moci naklápět, avšak úhel pootočení vahadla je minimálně a to podle nerovnosti

povrchu.

Zatížení od hmotnosti jeřábu a břemene: i3 = 6 003 720 N

bč = 400 mm

τd = 24 MPa

Fč = 𝑖3

2 =

6 003 720

2 = 3 001 860 N

τd = 𝐹

𝑆 =

𝐹

𝑏 · 𝑑 => d =

𝐹č

𝑏č · 𝜏𝐷 =

2 893 950

400 · 24 = 321,7 mm => voleno 320 mm

BRNO 2016

52


5.4 KONCEPČNÍ NÁVRH SPOJŮ

Celá konstrukce se skládá z několika částí, které je potřeba sestavit dohromady. Jednotlivé díly

jsou svařené a tvoří části. Na vzájemné připojení jednotlivých dílů je užito šroubových spojů.

5.4.1 ŠROUBOVÉ SPOJE

Jednotlivé části jsou spojeny pomocí šroubových spojů. Vertikální jsou pomocí přírub

a horizontální pomocí pásů. Spojovací pásy mají tloušťku dle plechu, se kterým jsou spojeny.

Dle ČSN EN 1993-1-8 by měly být použity předepjaté šrouby 8.8 nebo 10.9 s kontrolovaným

utahováním.

Průměr šroubu by měl být alespoň o polovinu menší než součet mocnosti plechů.

5.4.2 SVAŘOVÁNÍ

Každá část se skládá z jednotlivých dílů, které jsou spojeny pomocí svárů. To dává dohromady

každý jeden skříňový nosník. Jelikož se jedná o velkou konstrukci, musí být zaručeno, aby byl

provařen celý svárový spoj.

Svařování nosníků je pomocí ½W jednostranného ½ W oboustranného sváru a koutových

svárů.

Délky jednotlivých svárů: ½W jednostranný – 494 m

Koutový – 796 m

Hodnoty jsou pouze orientační a jsou v nich zahrnuty pouze sváry skříňových nosníků bez svárů

žeber. Jsou měřeny podle rozměrů prutů z prutového schématu, který byl použit pro výpočet

v programu SCIA Engineer.

Jednou z možností jak svařit velké skříňové konstrukce je, že se kvůli dostupnosti nejdříve

navaří žebra jak podélná tak příčná na stojny a pásnice. Poté se stojny navaří na spodní pásnici.

Na horní se mezi tím přivaří patky, z důvodu vymezení rozměru, ale hlavně aby se zaručilo

provaření celého svárového spoje. A celá skříň se svaří dohromady.

Rozměry svárů a technologie a postupy svažování jsou popsány v [13].

BRNO 2016

53

ZÁVĚR

ZÁVĚR V této bakalářské práci je proveden návrh konstrukce portálového jeřábu pro zvedání lodí

v přístavech. Nosnost jeřábu je maximálně 400 t. Návrh probíhal dle normy ČSN EN 13001.

Pracovní prostor je převážně v přímořských přístavech a je vyráběn několika zahraničními

firmami z nich za zmínku stojí CIMOLAI Technology spa nebo ASCOM S.p.A.

V úvodu je naznačena problematika manipulace s materiálem a poté v krátké rešerši, ukázány

možnosti řešení této problematiky.

V dalších kapitolách je určen druh provozu, který byl stanoven jako střední. Dále jsou

vypočítáni dynamičtí součinitelé dle [3] a spočítány zatěžující síly. Z vypočítaných kombinací

zatížení (příloha A) vyšlo, že nejhorším stavem je A1. Proto se také s ohledem na její velikost

podle ní navrhovaly průřezy jednotlivých nosníků. Navržené rozměry profilů byly vloženy

do programu SCIA Enginner 15.2 a proběhla jejich kontrola. Poté se určily průběhy VVÚ

a proběhla kontrola na mezní stav pružnosti.

Rám jeřábu splňuje vstupní podmínky a konstrukce umožňuje manipulaci s loděmi různých

tvarů. Kostra je vyrobena ze svařovaných skříňových nosníků, které jsou sešroubovány v jeden

celek a tvoří celistvou konstrukci. Při volbě materiálu byl kladen důraz na co největší hodnoty

meze kluzu a pevnosti v tahu. Tyto vlastnosti splňoval materiál S355.

Nejhůř zatíženým nosníkem je spojovací, u kterého vyšla bezpečnost 2,4. Naopak jako

nejbezpečnější se ukázal dolní s k = 7. Tento nosník je také namáhán na tlak. Jeho tlaková

spolehlivost je 24,3. Bezpečnost předního vertikálního nosníku na vzpěr vyšla 5,8.

Při zatěžování jeřábu dochází k určitým posunům a deformacím. U zatěžování vlastní vahou

(pouze váha konstrukce bez ostatních komponent) dojde v uzlu N24 k posunutí -5,3 mm v ose x

(poloha os je patrná z obr. 11). Maximální přetvoření při kombinaci A1, kterou je jeřáb

zatěžován, nastane v uzlu N44 a to 177,7 mm v ose x a v ose y k posunu -66,3mm. Vzhledem

k rozměrům jeřábu a jeho nosnosti se dala taková přetvoření očekávat. Můžeme však

předpokládat, že se deformace o něco sníží. Nosníky jeřábu budou dále vyztuženy příčnými

žebry, které zvyšují tuhost nosníků a pak i celé konstrukce. Podvozek na pryžových kolech

přenáší síly mezi jeřábem a pracovním povrchem. Pokud bude mechanismus kol dobře seřízen

lze předpokládat, že se deformace opět o něco sníží. Navíc předpoklad, že jeřáb bude takto

zatížen, je celkem malý. Při výpočtu kombinací zatížení (příloha A) se počítá se součiniteli

bezpečnosti, kteří sílu od břemene zvednou o 2,15 násobek a hmotnost jeřábu o 1,28 násobek

takže jeřáb je více jak 2,5x přetěžován.

BRNO 2016

54

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE

[1] ŠVÉDA, JAN. Zdvihové ústrojí portálového jeřábu. Brno: Vysoké učení technické v Brně,

Fakulta strojního inženýrství, 2016. 58 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Přemysl Pokorný,

Ph.D.

[2] JANDÁČEK, J. Sloupový jeřáb pro manipulaci s loděmi. Brno: Vysoké učení technické v

Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2014. 63 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Přemysl

Pokorný, Ph.D.

[3] Trademark hoist [online]. 2008 [201-05-17]. Dostupné z: http://www.trademark-hoist.com

[4]http://www.emersonindustrial.com/enEN/controltechniques/newsandevents/news/Pages/co

ntroltechniquesdriveswinagainforitaliancranerefurbishment.a

[5] 船厂图片 | eworldship.com [online]. [2016-05-24]. Dostupné z:

http://www.eworldship.com/app/factory/photo_107#p=7DOBC5MA00AO0001

[6] MOBILE GANTRY CRANES| shuttlelift.com [online]. [2016-05-24]. Dostupné z:

http://www.shuttlelift.com/DBfiles/series_brochure/268.pdf

[7]MOBILE BOAT HAULER Capacity: 900 short| cimolaitechnology.com [online]. [2016-05-

24]. Dostupné z: http://www.cimolaitechnology.com/en/products/marinas-and-shipyards/

[8] 9spectrum E| hbc.cz [online]. [2016-04-26]. Dostupné z: http://www.hbc.cz/dalkove-

ovladani-pro/vysilace/295-spectrum-e

[9] Mynář, B., Kašpárek J.: Dopravní a manipulační zařízení. Opory pro studenty

www.fme.vutbr.cz

[10] ČSN EN 13001-2. Jeřáby - Návrh všeobecně: Část 2: Účinky zatížení. Praha: Úřad pro

technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011.

[11]www.converter.cz. conVERTER. [online]. 2002 [cit. 2016-04-22]. Dostupné

z: http://www.converter.cz/tabulky/smykove-treni.htm

[12] www.fce.vutbr.cz. FAST VUT. [online]. [cit. 2016-05-24]. Dostupné z:

http://www.fce.vutbr.cz/KDK/pilgr.m/Prvky-material.htm

[13] KUNCIPÁL, Josef. Svařování pro konstruktéry a technology. 1. vyd. Praha: SNTL, 1980.

BRNO 2016

55



A [m2] uvažovaná charakteristická plocha jeřábu

A [mm] vnitřní vzdálenost stojen

a [m s-2] zrychlení zdvihu

ab [m s-2] zrychlení při brzdění

Ba [mm] šířka pásnice

Bb [mm] šířka stojny

bz [mm] otlačovaná délka čepu

c [1] aerodynamický součinitel

dč [mm] průměr čepu závěsu

E [MPa] modul pružnosti oceli

F [N] síla v nosníku 4 při výpočtu na tlak

FA1 [N] suma svislých sil působících na jeřáb při kombinaci A1

Fč [N] síla na čep závěsu

Fk [N] kritická síla

Fn [N] myšlená síla z podkapitoly 5.1.2

Fp,C [N] předpínací síla

Ft [N] třecí síla

F1 [N] síla od vlastní hmotnosti jeřábu

F2 [N] síla od břemene

F3 [N] síla od skříň

F4 [N] síla od zdvihového ústrojí

F5 [N] síla od úchytu kladek

F6 [N] síla od kladnice

F7 [N] síla od reakce bubnu

f [1] součinitel tření

fu [MPa] pevnost v tahu

fy [MPa] mez kluzu

fref [1] součinitel závislý na době návratu R

G [N] tíhová síla

g [m s-2] tíhové zrychlení

I [m4] kvadratický moment

i [mm] poloměr setrvačnosti

BRNO 2016

56


i1 [N] zatížení od hmotnosti jeřábu

i2 [N] zatížení od hmotnosti břemene

i3 [N] zatížení od hmotnosti jeřábu a břemene

i4 [N] zatížení od zrychlení zdvihového pohonu

i5 [N] zatížení způsobená větrem za provozu

i6 [N] zatížení při zdvihání volně ležícího břemena při použití maximální

rychlosti zdvihu

i7 [N] zatížení větrem způsobená mimo provoz

i8 [N] zatížení sněhem a námrazou

i9dyn [N] zatížení při dynamické zkoušce zatížení

i9stat [N] zatížení při statické zkoušce zatížení

k [1] bezpečnost

l [mm] vzdálenost osy nosníku a osy čepu

lk [m] vertikální vzdálenost těžiště od klopné hrany

ln [m] délka nosníku

lred [m] Redukovaná délka nosníku

lv [m] horizontální vzdálenost těžiště od klopné hrany

Mk [Nm] klopný moment

Mn [Nm] moment myšlené síly z podkapitoly 5.1.2

Mo [Nm] ohybový moment

Mv [Nm] vyrovnávací moment

mb [kg] maximální hmotnost břemene

mdyn [kg] zkušební hmotnost břemene při dynamické zkoušce

mj [kg] hmotnost jeřábu

mjb [kg] celková hmotnost jeřábu a břemene

mk [kg] hmotnost konstrukce jeřábu

mkl [kg] hmotnost kladnic a uchopovacích přípravků

mo [kg] hmotnost ostatních součástí jeřábu

mstat [kg] Zkušební hmotnost břemene při statické zkoušce

mzu [kg] hmotnost zdvihového ústrojí

mx [kg] hmotnost daného nosníku

N [N] normálová síla

Nt [N] tlaková síla

q [%] poměrné zatížení

BRNO 2016

57


q(z) [N m-2] ekvivalentní statický tlak větru mimo provoz

q(3) [N m-2] tlak větru při v(3)

S [m2] plocha průřezu

Tr [1] počet pracovních cyklů

T [N] posouvající síla

t [mm] tloušťka materiálu

tha [mm] tloušťka pásnice

thb [mm] tloušťka stojny

v [m s-1] Střední rychlost větru dle Beaufortovi stupnice

vh [m min-1] rychlost zdvihu

vp [m min-1] rychlost pojezdu

vref [m s-1] referenčního rychlost větru

v(3) [m s-1] rychlost nárazu větru jako průměr intervalu 3 sekund

Wo [m3] modul průřezu v ohybu

α [1] součinitel pro HMH

β2 [1] součinitel příslušné zdvihové třídy

β3 [1] součinitel pro jeřáby s drapákem nebo s podobným prostředkem

s pomalým uvolňováním

δ [1] hodnota závislá na konstrukci jeřábu

λ [1] štíhlost prutu

ρ [kg m3] hustota vzduchu

σkr [Mpa] kritické napětí

σn [Mpa] tlakové napětí

σo [Mpa] napětí v ohybu

σred [MPa] redukované napětí

τ [MPa] smykové napětí

τd [MPa] dovolené napětí na otlačení

Φ2 [1] setrvačné a gravitační účinky působící svisle na břemeno zdvihu

Φ3 [1] dynamický součinitel náhlého uvolnění části břemena zdvihu

Φ4 [1] dynamický součinitel zatížení způsobený pojezdem po nerovném

povrchu

Φ5 [1] dynamický součinitel zatížení způsobený zrychlením pohonů

Φ6dyn [1] dynamický součinitel při dynamické zkoušce zatížení

Φ6stat [1] dynamický součinitel při statické zkoušce zatížení

Φ7 [1] dynamický součinitel způsobený silami na nárazníky

BRNO 2016

58

SEZNAM PŘÍLOH

SEZNAM PŘÍLOH

Přílohy

Příloha A – Tabulka kombinace zatížení

Výkresová dokumentace

1-BP-16 výkres sestavy PORTÁLOVÝ JEŘÁB

2-BP-16 výkres svařence HLAVNÍ NOSNÍK

9-BP-16 výkres součásti SPOJOVACÍ PÁSNICE

10-BP-16 výkres součásti HORNÍ SPOJ 2

11-BP-16 výkres součásti DOLNÍ SPOJ 2

12-BP-16 výkres součásti DOLNÍ SPOJ 3

13-BP-16 výkres součásti HORNÍ SPOJ 3

BRNO 2016

59

PŘÍLOHA A

Tabulka kombinací zatížení dle [10] Tabulka 10 – Zatížení, kombinace zatížení a dílčí součinitele bezpečnosti

Dílčí

součinitel

bezpečnosti

A1 A2 A3 A4

Dílčí

součinitel

bezpečnosti

B1 B2 B3 B4 B5

Dílčí

součinitel

bezpečnosti

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9

i1 1,22 φ1 φ1 1,00 - 1,16 φ1 φ1 1,00 - - 1,10 φ1 1,00 φ1 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

i2 1,34 φ2 φ3 1,00 - 1,22 φ2 φ3 1,00 - - 1,10 - ηw - 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 -

i3 1,22 - - - φ4 1,16 - - - φ4 φ4 - - - - - - - - - -

Pohon

zdvihu se

neuvažuje

φ5 φ5 - φ5 φ5 φ5 - φ5 - - - φ5 - - - - - -

Pohon

zdvihu - - φ5 - - - φ5 - - - - - - - - - -

Zatížení pod větrem za

provozui5 - - - - - 1,22 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,16 - - 1,00 - - - - - -

Zatížení sněhem a

námrazoui10 - - - - - 1,22 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,10 - 1,00 - - - - - - -

i6 - - - - - - - - - - - 1,10 φ2 - - - - - - - -

i7 - - - - - - - - - - - 1,16 - 1,00 - - - - - - -

Statické i8 stat - - - - - - - - - - - 1,10 - - φ6 - - - - - -

Dynamické i8 dyn - - - - - - - - - - - - - - φ6 - - - - - -

i9 - - - - - - - - - - - 1,10 - - - - - φ5 - - -

1,10 1,10 1,10

1,34 1,221,48Celkový součinitel bezpečnosti

Dílčí součinitel spolehlivosti materiálu

ZatíženíKategorie

zatížení

Hodnota[

N]

Hmotnost jeřábu

Hmotnost břemena zdvihu

Hmotnost jeřábu a břemena zdvihu,

pojezd po nerovném povrchu

Kombinace zatížení C

Gravitační

zrychlení,

nárazy

Kombinace zatížení A Kombinace zatížení B

Zatížení při zkouškách

Nouzové zastavení

Pravidelná

Účinky

prostředíObčasná

Výjimečná

Zdvihání ležícího břemene

Zatížení větrem mimo provoz

Hmotnost jeřábu a

břemena zdvihu

Zrychlení od

pohonů1,10i4 1,34

BRNO 2016

60

PŘÍLOHA A

Tabulka kombinace zatížení A

Dílčí

součinitel

bezpečnosti

A1 A2 A3 A4

2 079 720 1,22 2 664 121 2 664 121 2 537 258 -

3 924 000 1,34 8 455 121 1 314 540 5 258 160 -

6003720 1,22 - - - 7 397 784

Pohon

zdvihu se

neuvažuje

φ5 φ5 - φ5

Pohon

zdvihu

zahrnut

- - 355 878 -


provozu135 950 - - - - -


námrazou55 803 - - - - -

3 924 000 - - - - -

48 571 - - - - -

Statické 4 905 000 - - - - -

Dynamické 5 628 586 - - - - -

3 936 800 - - - - -

1,1

Suma vodorovných sil - x 720 644 656 109 671 317 512 185

Kategorie

zatíženíZatížení

Hodnota

[N]

Výjimečná




Nouzové zastavení

204 293 1,34

ObčasnáÚčinky

prostředí

Pravidelná

Gravitační

zrychlení,

nárazy

Hmotnost jeřábu


Hmotnost jeřábu a břemena

Zrychlení od

pohonů

Hmotnost jeřábu a

břemena zdvihu

Celkový součnitel bezpečnosti


Suma svislých sil - y 11 046 908 7 063 360 7 178 878 6 003 820

1,48

-

Kombinace zatížení A

BRNO 2016

61

PŘÍLOHA A

Tabulka kombinace zatížení B

Dílčí

součinitel

bezpečnosti

B1 B2 B3 B4 B5

2 079 720 1,16 2 533 099 2 533 099 2 412 475 - -

3 924 000 1,22 7 697 946 1 196 820 4 787 280 - -

6003720 1,16 - - - 7 033 958 7 033 958

Pohon

zdvihu se

neuvažuje

φ5 φ5 - φ5 -

Pohon

zdvihu

zahrnut

- - 324 009 - -


provozu135 950 1,22 165 859 165 859 165 859 165 859 165 859


námrazou55 803 1,22 68 080 68 080 68 080 68 080 68 080

3 924 000 - - - - - -

48 571 - - - - - -

Statické 4 905 000 - - - - - -

Dynamické 5 628 586 - - - - - -

3 936 800 - - - - - -

1,1

Suma svislých sil - y

Suma vodorovných sil - x

ObčasnáÚčinky

prostředí

Výjimečná




Nouzové zastavení



Kategorie


Hodnota

[N]

Pravidelná

Gravitační

zrychlení,

nárazy

Hmotnost jeřábu



Zrychlení od

pohonů

Hmotnost jeřábu a

břemena zdvihu204 293

857 780 857 780 870 365 834 014 834 014

9 789 840 3 719 680 7 480 036 7 034 076 7 034 076

1,34

-

Kombinace zatížení B

1,22

BRNO 2016

62

PŘÍLOHA A

Tabulka kombinace zatížení C

Dílčí

součinitel

bezpečnosti

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9

2 079 720 1,1 2 402 077 2 287 692 2 402 077 2 287 692 2 287 692 2 287 692 2 287 692 2 287 692 2 287 692

3 924 000 1,1 - - - 4 316 400 4 316 400 4 316 400 4 316 400 4 316 400 -

6003720 - - - - - - - - - -

Pohon

zdvihu se

neuvažuje

- - φ5 - - - - - -

Pohon

zdvihu

zahrnut

- - - - - - - -


provozu135 950 1,16 - - 157 702 - - - - - -


námrazou55 803 1,1 - 61 383 - - - - - - -

3 924 000 1,1 6 940 771 - - - - - - - -

48 571 1,16 - 56 342 - - - - - - -

Statické 4 905 000 1,1 - - 5 395 500 - - - - - -

Dynamické 5 628 586 1,1 - - 8 073 644 - - - - - -

3 936 800 1,1 - - - - - 5 629 624 - - -

1,1

7 751 417

10 406 649

861 956

1 211 524

Suma svislých sil - y

Suma vodorovných sil - x

ObčasnáÚčinky

prostředí

Výjimečná




Nouzové zastavení



Kategorie


Hodnota

[N]

Pravidelná

Gravitační

zrychlení,

nárazy

Hmotnost jeřábu



Zrychlení od

pohonů

Hmotnost jeřábu a

břemena zdvihu204 293

2 287 692

905 952 117 726 563 403 563 403 6 193 027 563 403 563 403

9 283 469 2 287 692 6 567 165 6 567 165 6 567 165 6 604 092 6 567 165

1,22

-

Kombinace zatížení C

1,1

Date post:	10-Oct-2019
Category:	Documents
Upload:	others
View:	5 times
Download:	0 times

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ - core.ac.uk · dokumentace v programech Autodesk Inventor...

Documents